Solar-Interviews:

SolarImpulse: Nur mit der Energie der Sonne
in 20 Tagen um die Erde fliegen

Mit dem Solarflugzeug "SolarImpulse" wollen der Abenteurer Bertrand Piccard und der Ingenieur André Borschberg die Geschichte der solaren Luftfahrt neu schreiben – und allein mit Sonnenenergie in rund 20 Tagen um die Welt fliegen. Die Energie für den Antrieb werden Solarzellen liefern, welche die Tragflächen des Flugzeugs fast komplett bedecken.

André Borschberg und Bertrand Piccard (von links) mit einem Modell von SolarImpulse.

Pilot André Borschberg (links im Bild) berichtet im Solarserver-Interview über das spektakuläre Projekt. SolarImpulse dient als Symbol, um die Öffentlichkeit für erneuerbare Energien zu begeistern. Außerdem soll es die Technologie voranbringen von Solarzellen, Energiemanagement und Speicher.

André Borschberg und Bertrand Piccard (von links) mit einem Modell von SolarImpulse. ©SolarImpulse, Stephane Gros

Der Solarserver: Herr Borschberg, Sie werden einer der ersten Menschen sein, die Tag und Nacht nur mit Solarenergie fliegen werden. Was für einen Flug haben Sie geplant und wann wollen Sie starten?

André Borschberg: Der erste Flug wird zirka 36 Stunden dauern, weil wir beweisen wollen, dass wir selbständig starten können, in die Luft gehen, dann den ganzen Tag fliegen, die Batterie neu laden, über Nacht fliegen und am anderen Tag noch weiter fliegen können. Wir werden dafür eine Region suchen, in der es viel Sonne gibt, dass ist klar - und wo günstige meteorologische Bedingungen herrschen. Das ist noch nicht bestimmt.

Der Solarserver: Was sind die besonderen Herausforderungen für einen Nachtflug mit Solarenergie? Die Sonne scheint ja nur bei Tag. Es gilt, die Nacht zu überbrücken.

André Borschberg: Die Nacht wird lang sein. Für uns beginnt sie, bevor die Sonne untergeht und sie dauert bis die Sonne wieder zur Verfügung steht. Deshalb brauchen wir ein Flugzeug mit hoher Effizienz, ein Flugzeug, dass mit sehr wenig Energie in der Luft bleiben kann. Das erreichen wir mit einem großen und effektiven Solargenerator, und das bedingt eine große Spannweite.

Der Solarserver: Welche Spannweite wird Ihr Flugzeug konkret haben?

André Borschberg: Wir sprechen heute von 80 Metern Spannweite. Das entspricht der Spannweite des Airbus 380, des größten Flugzeugs, das es heute auf der Welt gibt. Aber wir müssen diese Spannweite mit sehr geringem Gewicht erreichen. Das ist die Herausforderung, wie man einen Flügel baut, der steif ist, aber nur wenig wiegt. Der Flügel allein darf höchstens 400 bis 500 Kilogramm wiegen, und das ist enorm leicht.

SolarImpulse Animation ©SolarImpulse/EPFL, artist Claudio Leonardi
Der Solarserver: Die Flügel werden komplett mit Solarzellen bestückt, die besonders viel Sonnenlicht in Strom umwandeln sollen. Welcher Solarzellentyp ist vorgesehen?

André Borschberg: Hier gilt genau das Gleiche: hohe Effizienz und kleines Gewicht. Die Technologie, die wir gewählt haben, sind monokristalline Solarzellen. Diese optimierte Technologie ist im Prinzip verfügbar, aber zirka 20 % Wirkungsgrad bei einem Gewicht von weniger als einem halbem Kilogramm pro Quadratmeter sollten es schon sein.

Der Solarserver: Diese Solarzellen müssen auch hinsichtlich der Beanspruchung ganz andere Bedingungen erfüllen als Solarmodule die auf einem Dach installiert sind. Sie sollen nicht nur besonders leicht sein, sie müssen ja auch besonders flexibel sein. Wie konnten Sie das lösen? Haben Sie Partner mit denen Sie diese Aufgabe angehen, denn diese Solarzellen kann man ja noch nicht von der Stange kaufen?

André Borschberg: Das Programm umfasst zwei Teile. Einerseits erreicht man die Flexibilität, wenn man die Solarzellen dünner macht. Aber andererseits werden sie dann im Fertigungsprozess auch relativ zerbrechlich. Deshalb werden wir die Zellen verkapseln und in den Flügel integrieren. Das bringt die entsprechende mechanische Stabilität. Aber dann brauchen wir auch noch die Stabilität bei Temperaturen minus 70 bis plus 80 Grad. Außerdem darf die Verkapselung keine Feuchtigkeit durchlassen.

Der Solarserver: Ein Problem, das alle Solarmodule betrifft.

André Borschberg: Genau, aber wir wollen darüber hinaus, dass das Material sehr dünn und leicht ist. Dafür brauchen wir ein Spezial-Polymer.

Der Solarserver: Sie haben angesprochen, dass diese Solarzellen ganz besonderen Belastungen Stand halten müssen. Sie sprachen von einem großen Temperaturbereich, was Systeme auf der Erde in dieser Weise nicht leisten müssen. Gibt es denn momentan schon solche Zellen?

André Borschberg: Es gibt sie, aber wir haben sie noch nicht getestet, das tun wir in diesem Sommer.

Der Solarserver: Die Solarzellen stammen vermutlich aus der Raumfahrt?


André Borschberg: Ja, genau, aus der Raumfahrt. Sie werden unserem Vorhaben angepasst. Wir hoffen, dass wir mit ihnen den nötigen Wirkungsgrad von 20 % erreichen.

SolarImpulse Animation

Der Solarserver: Die hohen Temperaturunterschiede haben ja auch damit zu tun, dass Sie eine ganz bestimmte Flugtechnik entwickeln müssen um die Energie optimal auszunützen. Können Sie beschreiben, was geschieht, wenn Sie gestartet sind, welche Höhen Sie ansteuern und wie es Ihnen gelingt, den Solarantrieb und die Aerodynamik unter einen Hut zu bringen, um dieses spektakuläre Ziel zu erreichen?

SolarImpulse Animation ©SolarImpulse, EPFL, artist Claudio Leonardi

André Borschberg: Für uns wäre es ideal, sehr hoch zu fliegen. Denn wenn man hoch fliegt, ist man über den Wolken. Aber leider ist die Luft dort oben sehr dünn. Es braucht auch zu viel Energie, 24 Stunden lang beispielsweise in 12.000 Metern Höhe zu bleiben. Selbst wenn die Batterie nichts wiegen würde, müsste man ein bisschen sinken, auf etwa 9.000 Meter. Aber am Tag werden wir bis auf 12.000, 13.000 Meter steigen.

Der Solarserver: Das ist in etwa die Flughöhe von Linienflugzeugen.

André Borschberg: Genau, sogar etwas höher. Man könnte zwar noch höher fliegen, aber dann riskiert man einen Druckabfall in der Kabine, das wird für den Piloten gefährlich. Deshalb beschränkt man sich auf diese Höhe. Dann, beim Sonnenuntergang muss man wieder sinken, weil die Luftdichte ungenügend ist. Darum sinken wir bis auf rund 3.000 Meter. Wenn wir 3.000 Meter erreichen, beziehen wir die Energie von der Batterie und fliegen damit 6 bis 8 Stunden. Am nächsten Tag werden wir wieder neu anfangen und das heißt, dass wir am Morgen im blauen Himmel sein müssen. Und da liegt auch eine Herausforderung für die Meteorologen, das ist klar.

Der Solarserver: Sie benötigen exakte Prognosen für den Flug. Ist das für diesen Zeitraum möglich?

André Borschberg: Exakte Prognosen gibt es, aber eine ganz lange Strecke, zum Beispiel eine Weltumrundung, ist dennoch nicht einfach zu planen. Wenn wir den Atlantik überfliegen, geht es wahrscheinlich, weil es nur drei Tage dauern wird - und 3 Tage kann man heute exakt voraussagen.

Der Solarserver: Wenn Sie Solarzellen haben, die mit 20% Wirkungsgrad durchaus Spitzenwerte erzielen, müssen Sie immer am optimalen Arbeitspunkt arbeiten. Wie haben Sie dieses Problem gelöst? Gibt es da Möglichkeiten tatsächlich immer diesen optimalen Punkt anzusteuern, um wirklich kein Prozent Wirkungsgrad zu verlieren?

André Borschberg: Wir arbeiten mit der Sputnik Engineering AG daran

Der Solarserver: Dem Wechselrichter-Hersteller?

André Borschberg: Genau. Uns ist das MPP-Tracking besonders wichtig, also immer im optimalen Bereich zu arbeiten - und das mit so wenig Gewicht wie möglich. Ein normales MPP-Tracking-System würde rund 40 Kilo wiegen, und das werden wir auf 10 Kilo reduzieren müssen. Die MPP-Tracking-Optimierung ist eine zentrale Herausforderung, dazu kommt aber die ganze Kette der Komponenten, Motor, Propeller...

SolarImpulse Animation
SolarImpulse Animation ©SolarImpulse, EPFL, artist Claudio Leonardi
Der Solarserver: Also die klassischen Antriebsaggregate?

André Borschberg: DerTemperaturbereich, in dem wir arbeiten ist relativ groß, das macht es auch für die Elektronik nicht einfach. Das zu lösen, ist die Arbeit die wir heute leisten.

Der Solarserver: Leistung ist ein schönes Stichwort. Leistung in Photovoltaik wird in Kilowatt gemessen. Wie kann man sich den Solargenerator vorstellen, Spannweite mal 2 Meter Breite?

André Borschberg: 80 Meter mal 3,5 Meter.

Der Solarserver: Das sind knapp 300 Quadratmeter Solarzellen. Welche Leistung wird auf dem Flugzeug installiert sein?

André Borschberg: Die Spitzenleistung beträgt minimal 40 kW. Aber interessanterweise gibt das eine durchschnittliche Leistung von zirka 10 kW über 24 Stunden. Diese Leistung brauchen wir konstant. Das ist aber auch nicht viel: Es entspricht der Leistung des Gebrüder-Wright-Flugzeugs, mit dem sie 1903 ihren ersten Motorflug gemacht haben.

Der Solarserver: Da haben Sie eine sehr schöne Parallele aufgezeigt. Beides sind Pionierleistungen. Der Flug der Gebrüder Wright liegt bereits ein paar Jahre zurück. Ihr Projekt dürfte in wenigen Jahren realisiert sein. Außer der Technik, was ist für Sie die Motivation dieses - lassen Sie es mich Abenteuer nennen - einzugehen? Was wollen Sie damit zeigen? Ist es nur eine wissenschaftliche Machbarkeitsstudie oder stecken noch ganz andere Dinge dahinter? Was bewegt Sie? Es ist ja auch nicht ungefährlich.

André Borschberg: Sicher ist es erst mal ein persönlicher Traum. Ich bin seit 35 Jahren Flieger. Eine Weltumrundung ist für jeden Piloten ein Traum, und dass man das jetzt mit Solarenergie machen kann, dass ist noch eine viel größere Leistung. Und ich bin auch persönlich motiviert. Man spricht heute relativ viel über die Umwelt und wie unsere Industrie und unser eigenes Verhalten ihr Schaden zufügen. Deshalb will ich in meinem Leben zu ihrem Schutz beitragen. Das Projekt soll auch ein Symbol werden und zugleich zeigen, dass man über dieses Thema nicht nur spricht, sondern sein Verhalten ändert.

Der Solarserver: Ein Best-Practice-Beispiel?

André Borschberg: Ja, zumindest ein Beispiel. Ich weiß nicht, ob es für "Best Practice" steht, aber es ist zumindest ein Beispiel.

Der Solarserver: Eine herausragende Praxis wäre es auf jeden Fall. Sie hatten im Vorgespräch angesprochen, das es schon einige Solarflugzeuge gab, überwiegend unbemannt. Nun wollen Sie selbst einsteigen, zum ersten Mal rund um die Uhr fliegen, angetrieben mit Solarenergie. Wie darf man sich das vorstellen? Sie setzen sich rein. Sie sind 36 Stunden allein unterwegs. Nun wissen wir, 36 Stunden sind eine sehr lange Zeit, vermutlich auch eine sehr einsame Zeit. Ist auch bei diesem Flugzeug der Mensch letztendlich die Grenze dessen, was machbar ist?

SolarImpulse Animation
SolarImpulse Animation ©SolarImpulse, EPFL, artist Claudio Leonardi
André Borschberg: Der Pilot ist der limitierende Faktor, nicht die Technik. Ich glaube, dass wir jeden Morgen die gleiche Energie zur Verfügung haben werden, also den Flug problemlos einen Tag, zwei Tage oder mehrere Tage weiterführen können. Aber der Pilot muss sich erholen. Das ist abhängig von der Technologie, von der Automatisierung. Aber wir glauben, dass am Anfang die Möglichkeiten zum Schlafen sehr gering sein werden, deshalb werden die Flüge relativ kurz sein, also maximal 3 bis 5 Tage pro Etappe.

Der Solarserver: Wie wird Ihre Erdumrundung konkret aussehen, wie viele Stationen werden Sie einlegen?

André Borschberg: Fünf Etappen sind vorgesehen und wir planen einen Stopp auf jedem Kontinent, damit wir in jedem Erdteil über die erneuerbaren Energien sprechen können.

Der Solarserver: Sie verknüpfen diese Mission auch mit der Aufgabe, für die Technologie zu werben?

André Borschberg: Genau das ist unser Ziel.

Der Solarserver: Eine letzte und abschließende Frage: Wie sieht der Fahrplan für Ihr Projekt aus? Wann steht der erste Flug an?

André Borschberg: Wir haben uns entschieden ein Prototyp-Flugzeug zu bauen, zuerst und mit einer kleineren Spannweite, so zirka 60 Meter. Das ist immer noch sehr groß. Ziel des Prototyps ist zu beweisen, dass wir über Nacht fliegen können und dass wir auch alle Technologien testen können. Dieser Prototyp wird nächstes Jahr gebaut und 2008 im Flug getestet. Dann werden wir das endgültige Flugzeug bauen. Das wird eher 2009 bis 2010 geschehen. Die Weltumrundung ist für 2011 geplant.

André Borschberg: Der Solarserver: Herr Borschberg, ich bedanke mich im Namen unserer Leser für diese spannenden Informationen. Eine Zahl hätte ich noch gerne nachgefragt: Sie haben Ihr Flugzeug mit dem Airbus verglichen. Die Spannweite ist gigantisch. Der Airbus, das wissen sicher viele unserer Leser, ist kein Leichtgewicht. Er wiegt rund 500, 600 Tonnen. Wie schwer dürfen Sie sein um sich mit Solarenergie fortzubewegen?
André Borschberg: Maximal zwei Tonnen, einschließlich des Piloten. Wenn wir keinen Piloten hätten, könnte man das gleiche Vorhaben mit einem Flugzeug, von 15 Metern Spannweite durchführen, das nur 30 Kilo schwer wäre. Das zeigt, dass die Technologie für solche Anwendungen noch am Anfang steht.

Der Solarserver: Damit haben Sie illustriert, worum es bei den erneuerbaren Energien geht: um Effizienz und Innovation. Ich wünsche Ihnen für Ihr Projekt, dass Sie höchst effizient und innovativ sind, und Ihnen persönlich viel Glück.

Für den Solarserver sprach Chefredakteur Rolf Hug mit André Borschberg

Über SolarImpulse berichtet der Solarserver auch im Messerückblick zur Intersolar 2006, auf der das Projekt vorgestellt wurde.

Weitere Solar-Interviews:

  • Hans-Josef Fell, (MdB) forschungspolitischer Sprecher; Bündnis 90/DIEGRÜNEN
  • Mechtild Rothe (MEP), Fraktion der Sozialdemokratischen Partei Europa
  • Hans-Josef Fell, (MdB) forschungspolitischer Sprecher; Bündnis 90/DIEGRÜNEN
  • Frithjof Staiß, Autor des "Jahrbuchs Erneuerbare Energien 2000"
  • Bernhard Dimmler, technischer Geschäftsführer der Würth Solar GmbH & Co
  • Fritz Link , Bürgermeister der "Solar-Kommune" Königsfeld
  • Max Deml, Chefredakteur des Informationsdienstes ÖKO-INVEST
  • Wolf von Fabeck, Geschäftsführer des Solarenergie-Fördervereins
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